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[原创]一种新型半三体结构航母的设计

一种新型半三体结构航母的设计

一、设计缘由

国产新航母之讨论,在国内已成一期望焦点。前段时间,看到*****络搞了个航母设计大赛,获奖设计多过于科幻和远离现实;而其它一些网络也常举办有武器相关设计赛,然真正贴近实际的好作品不多。鄙人有感,在此发挥一丝粗浅智慧,无意于赛取奖品,只为国家航母建设事业提供一点思路,以期共享。

在设计之前,我们必须认识到,我航母的真正对手,无疑是也终将是尼米兹级航母舰队(更准确地说,是以最新福特级航母为首的美国航母舰队);而目前依照瓦良格级及乌里级核航母而建设的国产航母,不管我们是否愿意承认,从结构、容量、经验和技术等任何方面,无论我们如何改进,几乎都不可能超越尼米兹、福特级航母的能力。

“能打仗,打胜仗”是我们崛起为真正强国的必然依靠,与美军于海上的开(战)与避(战)非由我们意想所定,美航母的优势也必将是我们崛起进程中的难避关卡。想要顺利跨过此坎,发展出力压对手的航母,既是我们的阳谋选择,也是最艰难和最上佳的选项。

针此,本人借鉴类似的设计经验,(初草)设计了一种新型半三体结构的航母(估且这么称谓),以期提供中国设计者们的一个参考与借鉴。

二、总体设计方案

本设计方案的主要特点包括:甲板中线舰岛布置、舰岛两侧直角降落起飞甲板双布置、半三体低阻力船体结构、舰首半敞式轻型斜角起飞甲板等。如下图示。

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一种新型半三体结构航母的设计

具体说明如下:

设计要点1:直角降落甲板及与其对我航空战力提升的现实需要

降落,是航母上难度最大、风险最高、技术最复杂的操作之一。对于常规的斜角降落甲板布局形式,由于斜角差,飞行员在降落过程中,必须不断适应跑道角度,斜向调整飞行航向,其间细微的角度偏差都有可能导致偏离和撞机事故,此需长期熟练。而假如采用直角甲板,跑道中心线与航母轴线(也即船航行线)平行,飞行员在降落中,只须普通对中,简化了操作,减轻了操控负荷。

尽管斜角甲板降落技术并不存在大的障碍,我国飞行员也已成功掌握;但无疑,我们的航母仍只是处于学步阶段,有待大量的训练和实践要做,经验与技术与美军仍差之很远,参照美军的历程及代价,想要达到与之齐行的能力,仍有遥远的路程待走!

因此,如能选择采用直角降落甲板形式,对减少我飞行员的操作难度、降低事故率(尤其当紧急状态的高强度任务时期),提升作战效力,尽快弥补与美军之差距,有着极大的现实意义,这既是捷径,也是直径!

扬长避短,是设计者们的永恒思路。斜角甲板是航母发展过程中,对各种现实因素优化与妥协的结果,不可能是其技术终点。如能克服因侧直角降落甲板带来的难题(如布局不利、重心等),将是再次掀起航母甲板设计中的重大跨越!

甲板长度设计:260m。相较于尼米兹级约250m的降落甲板长度,更有利于提高我飞机降落的成功率,减少复降情形。

设计要点2:双飞行甲板与其战略意义

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一种新型半三体结构航母的设计

如上图所示,两个飞行甲板分布于中轴线区舰岛两侧。两个甲板系统相互独立,以提供“一个起飞、一个降落”的模式;采用相同配置,可以保证互为备份、应急转换的需求。

甲板宽度设计:一般处总宽度100m,其中两个降落甲板宽度均40m,中间缓冲区宽度20m(布置舰岛、1号及2号舰中升降机等设施);

升降机配置:1号升降机主要用于飞机降落后的入库操作,3号(或4号)舷侧升降机主要用于从机库调出飞机,2号舰中升降机主要用于弹药供应及辅助应急升降。

双飞行甲板的布置,看似重复多余,实则有着重要的战略意义,述下:

第一,规避因弹射器、拦阻索等设备故障导致舰载机长时段停飞的严重影响。

承前所述,我与美军航母战力的差距,是软差距(操作经验与操作技术)和硬差距(装备的先进性和技术成熟性)的综合结果。我们的弹射器、拦阻索等设备技术显然还需长期实践检验,故障多发在所难免;因此,在尽快完善设备性能、加强维修之外,采用双飞行甲板的备份功能,将无疑大大提高航母的值班能力。

第二,提高甲板在战斗过程损坏后的继续应急使用能力。

航母作为一个巨大的雷达目标,战斗中很难以100%保证不受到攻击损伤。一旦当某侧的降落甲板在作战中遭受局部重创后,通过紧急对换调整,将可确保甲板的继续运行和战机的迅速继续投入,并为受创甲板的维修提供宝贵时间。

第三,扩展甲板空间,优化分区规划。

斜角甲板的核心优势之一,是在有限的面积上,利用前甲板侧边拓延,使可合理分隔起飞与降落区域,从而大大提高了起降频率。轻型航母通常采用的单侧直角降落甲板形式,因舰首降落与起飞区的紧邻,极大制约了甲板上的飞机调度。但若采用“一起飞、一降落”的双甲板布局方式,不仅起飞区和降落区充分隔离,起飞甲板的后端空间也为值勤机人提供了充分的停放和操作空间,且调度便利。

设计要点3:半三体船结构的创新与减阻设计

<v:shape style="WIDTH: 394.5pt; HEIGHT: 107.25pt; VISIBILITY: visible; mso-wrap-style: square" id=_x0000_i1028 type="#_x0000_t75"><v:imagedata cropleft="3300f" cropbottom="7685f" croptop="45973f" o:title="航母设计 Model " src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.jpg"></v:imagedata></v:shape>

一种新型半三体结构航母的设计

如上图所示,主要设计包括:

(1)半三体结构:

主体舱段截面采用倒阶梯状的结构(如上图A-A),上部较宽大的船体既满足了因双飞行甲板所要求的较宽架构,又增强了船体稳定性;下部收缩为较窄的船体,使横截面积有效减小,以有利于航行阻力的降低。舰艏段的形状(如上图C-C),与常规三体船的结构特征类似,除了结构过渡的需求外,在航行中,也促使前端空气流被惯性挤入舰底凹槽,并向后推动形成气垫的效果。这一设计也是称谓“半三体”的由来。

(2)船底气幕减阻设计:

为了增强上述的凹槽气垫效果,在倒阶梯舱段(A-A断面)的两侧边阶梯船底的前端,横排布置补气孔道,航行时由气孔持续送入均匀气流,在水流的挤压下,形成一层依附两侧边阶梯船底的均匀隔离气幕。气幕效果等同于船湿表面积减少(致使近于单体船的湿表面积),从而大大减少航行阻力。

气幕应用如俄罗斯的高速空泡鱼雷。

(3)气幕的辅助功用(防护方面):

针对我军反潜实力薄弱,航母面临水下鱼雷的攻击概率较高,船体抗攻击设计将十分重要。感官联想,当鱼雷击向两侧舱底时,爆炸产生的高气压在向周围释放的过程中,会沿气幕这一应力薄弱方向迅速释放高压气流,从而极为有效地减缓对舱底受攻部位的冲击,保护船体结构的安全。

设计要点4:双层起飞甲板及其前瞻性考虑

设计双层起飞甲板的主要缘由,是拟充分利用主甲板前端的舰艏空间,增强起飞能力。但如果是将主飞行甲板往前延伸到艏端的话,虽可使甲板长度增加,但对起降效能的增强既不明显,也对船体的设计带来更大困难和挑战。

<v:shape style="WIDTH: 408pt; HEIGHT: 108pt; VISIBILITY: visible; mso-wrap-style: square" id=图片_x0020_19 type="#_x0000_t75" o:spid="_x0000_i1027"><v:imagedata cropright="4605f" cropleft="2549f" cropbottom="46533f" croptop="8104f" o:title="航母设计 Model " src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.jpg"></v:imagedata></v:shape>

一种新型半三体结构航母的设计

如上图所示,借鉴双层飞行甲板的优点,将主甲板前区以下的部分空间,与舰艏的下层甲板空间相结合,设计半隐藏式的起飞跑道,主要用于未来轻型无人机等起飞作业。这不仅可减缓主甲板的作业压力,也将简化对无人机的调配管理。

(1)起飞跑道设计:

下左图所示,左右对称布置呈“∧”字形交叉的2条斜角跑道(6、7号控制线),起飞点分设于后两侧(尾喷口斜指舰体外),终点于舰艏处交叉并外延。起飞点后端的舰壳上设计向外引流窗栅,跑道内侧安置防风挡板,确保封闭通道内的起飞气流引出舰外;末端段采用滑跃甲板,以使周围舰沿防护高度尽量抬高。起飞方式采用“弹射+滑跃”(滑跃段不布置弹射线路,以避免2条线路的交联)。

由于无人机的体型相对轻小、无加速负荷限制,跑道长度可以较短设计。另外,跑道前端敞露的平段还可兼作直升机的起降平台。

<v:shape style="WIDTH: 193.5pt; HEIGHT: 153.75pt; VISIBILITY: visible; mso-wrap-style: square" id=图片_x0020_9 type="#_x0000_t75" o:spid="_x0000_i1026"><v:imagedata cropright="33678f" cropleft="3305f" cropbottom="16268f" croptop="16488f" o:title="航母设计 Model (5)" src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.jpg"></v:imagedata></v:shape> 一种新型半三体结构航母的设计

(2)内层甲板设计:

主甲板下方的机库可沿轴向设为三区,即前机库、中机库和后机库。前机库拟与6、7号起飞跑道所在的内层甲板齐高设计,以减少其载机的升降作业。

为了尽量优化内层起飞跑道在舰首段的外沿防护高度,内层起飞甲板与主甲板的高差应尽量减小。通过对无人机高度的优化减小,前机库的高度可较主甲板下的中、后机库高缩减。因此,如上右图所示,提高前机库底面至与内层甲板底面一致,不仅减少无人机的升降作业;前机库底面至弹药库底面的空间,亦可结合改装成新一层无人机库,从而增大航母的载机容量。

层高参数:中、后机库(包含第2~4层)高度7.5m,弹药库(第5层)高度2.5m;前机库的上层(包含第2~3层)、下层(包含第4~5层)高度均为5m。另在“∧”字形跑道的中间空余区域,布置5号升降机(上左图所示),用以对前机库上、下层间的升降迁移。

上述“∧”字形下层起飞跑道的设计,相较于网络上出现的“口”字形双层起飞甲板设计,在内部机库的防攻击、防气流、防浪能力上,具有更好优势。

设计要点5:其它一些设计要点

(1)舰尾双向弹射器的布置思路:

由于甲板的横向宽度达100m,因此利用舰尾甲板区域几乎不会受到飞机降落冲击荷载的条件,布置一组可双向弹射起飞的电磁弹射器,以提供在甲板前端的弹射器不能(可不能满足)使用时,提供应急起飞通道。当然,由于双向弹射器技术的复杂性,以及该部位的非紧迫性,可列入航母的后续改进计划中。

蒸汽弹射器在此的不适用,促使在整体规划中宜采用电磁弹射器。

(2)两侧船尾的减噪措施:

两侧船底的减阻气幕流,在至船尾后的升浮过程中,难以避免对螺旋桨运转带来的严重不利影响。可采用导气槽等措施,将气流汇集排出,如波浪折线导槽等。

(3)可移位舰岛的考虑

直角降落跑道所导致的一个重大不利影响是:相较于斜角降落甲板上宽阔的降落空间,其紧挨中间舰岛区的跑道布局,易对飞行员的降落带来一定的心里压力(主要害怕在降落时碰到中间舰岛建筑),从而背离本设计的初衷;因此,设想了一种可灵活增大降落区域宽度的思路,即将中间舰岛的底座设计成可横向左右位移的非固定式结构,当使舰岛向停放/起飞区一侧位移4-5m(舰岛总宽度宜控制在10m左右),即意味着相对增加了降落跑道(内侧)的宽度。

该设计思路中尽管增宽有限,但对飞行员的心里压力能够起到一定的释宽,缓解其操控焦虑。当然,该设计的另一缺陷是大大增加了建筑的设计难度和结构重量,且对其与下部舱室间的联接通道(如垂直电梯)带来影响设计上的麻烦;其解决思路是,可将垂直电梯等布置在首尾两端并固定起来(即不与主体移位式建筑固接)。这应是可接受的,而且也是值得付出的。

另外,借鉴英国新航母设计上的双舰岛思路,可在主舰岛后端至舰尾的适宜位置,再布置一座简化型的舰岛,从而进一步增强指挥系统的抗损与恢复能力。

三、补余

(一)总体优势

1、直角降落甲板在减小降落难度、加快训练速度、提高作战效率等方面,均较常规的斜角甲板有必定优势;

同时,在未来的两栖航母(或两栖舰、轻型航母)发展上,设计相似的直通式单飞行甲板,以进行有翼飞机的起降,从而形成通用技术,简化训战体系;

2、“一起飞、一降落”的双飞行甲板模式,对于提高起降能力,及增强舰队的持续作战能力,具有极其重要的意义;

3、半三体船结构及气幕减阻技术的运用,将大大减缓宽船体对航行阻力的影响,船底气幕技术甚至有利于船体抗攻击能力的提升;

4、在内层甲板上设计的半隐藏式无人机专用起飞跑道,充分利用了舰首空间,优化了舰体结构和无人机的调度;同时,双层前机库也增加了机库容量。

(二)需克服的难题

1、宽船体的减阻设计难题。

为了保证双甲板的实现,而采取半三体结构的宽船体设计,由于并非真正的小阻力三体船,且总体方案更适宜于标排6-8万吨的大型核动力航母,航行阻力必然偏大。为此,虽然采取了阶梯状截面舰体(使截面积减少)、舰底气幕技术等减阻设计,但效果如何,需待研究人员地深入分析和完善;另外,气膜对船体的防护效果和可能的侵蚀破坏,也需进行模型研究等。

2、新型船体结构的研究难题。

本文所述的半三体新型船体结构,将涉及更复杂的结构设计和力学分析,尤其是对大型航母设计经验的欠缺,将给设计人员带来重大的技术挑战。

由于我国对瓦良格级航母的建造技术目前尚未消化完成,核动力航母更需摸索总结与经验积累。因此,最适宜的路线是:在建造1-2艘瓦良格级常规动力航母的基础上,完成1-2艘瓦良格级(或乌里级)核动力航母的技术过渡,然后开展新型大型核动力航母的建造与装备。只有如此,才能用尽量短的时间,稳妥地建立起比肩强者的舰队。然而能否受到正视,是否会走弯路,非笔者能定。

(三)总结

鄙人水平有限,制图简单粗浅,不尽不善很多,主意引人思辨。

可以设想,战争之际,中美航母在大洋中一对一较量时,我航母的效能优于对军,使可赢得战斗;当我航母数量弱于对方时,可以我们的主航母搭配轻型两栖型航母的载机群(无人机、垂直战斗机等),达到应对对方多航母编队威胁的目的,确保我们在无后退之地的时刻,能够始终守战。届时,才能将真正保卫我们自己的海洋,也才能让我军披锋攻向新的航线。

当然,航母战斗力是对航母平台、舰载战机、护卫编队等能力的综合集成,航母只是其中的关键一环,也尚依赖于其它各项技术的尽快发展。此文所述,只是一基要。

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      2014/10/29 13:14:46

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      11楼 qdlai228
      大型三体船对结构强度要求极高,所以目前这玩意还真就造不大。
      12楼 redsock2009
      呵呵,专家的嘴里怎么冒出这番低水平的话?
      13楼 qdlai228
      呵呵,这就是事实,目前还就是没有办法造大型双体和三体船,两个船体之间会有极大的应力,目前的焊接钢结构杠不住。
      回复:[原创]一种新型半三体结构航母的设计

      这是美国三体濒海舰,你认为它有极大的应力问题?以至于到了能影响尺寸的程度?

      2020/8/24 8:04:02
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      11楼 qdlai228
      大型三体船对结构强度要求极高,所以目前这玩意还真就造不大。
      12楼 redsock2009
      呵呵,专家的嘴里怎么冒出这番低水平的话?
      呵呵,这就是事实,目前还就是没有办法造大型双体和三体船,两个船体之间会有极大的应力,目前的焊接钢结构杠不住。

      2020/8/23 18:46:57
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      11楼 qdlai228
      大型三体船对结构强度要求极高,所以目前这玩意还真就造不大。
      呵呵,专家的嘴里怎么冒出这番低水平的话?

      2020/8/23 11:31:47
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      大型三体船对结构强度要求极高,所以目前这玩意还真就造不大。

      2020/8/23 10:53:43
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      这也就是废物利用版的旧话重提,为了维持自身存在感喽!

      大家可以解散,去吃早饭啦!

      0823~07:22发送

      2020/8/23 7:23:17
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      有前途

      2020/8/22 23:23:27
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      三体船还要搞外漂?搞错行情!

      2020/8/19 20:19:49
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      三体船还要搞外漂?搞错行情!

      2020/8/19 20:18:01
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      三体航母搞外漂?这真是瞎了行情!

      2020/8/19 20:15:19
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      牛叉啊

      2020/8/17 18:59:41
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      回复:[原创]一种新型半三体结构航母的设计

      2015/4/19 16:34:07

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